使用靶基因表達(dá)的數(shù)學(xué)建模評(píng)價(jià)pi3k細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑活性的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用靶基因表達(dá)的數(shù)學(xué)建模評(píng)價(jià)PI 3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑活性 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體涉及生物信息學(xué)、基因組加工、蛋白質(zhì)組加工和相關(guān)技術(shù)的領(lǐng)域。更具 體地，本發(fā)明涉及一種方法，所述方法包括至少基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液 的提取樣品中測(cè)量的ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的表達(dá)水平推斷醫(yī)學(xué)主 體的組織和/或細(xì)胞和/或體液中的ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性。本發(fā)明還涉及一種裝 置，所述裝置包含經(jīng)配置以執(zhí)行此方法的數(shù)字處理器、存儲(chǔ)可由數(shù)字處理設(shè)備執(zhí)行以執(zhí)行 此方法的指令的非臨時(shí)性存儲(chǔ)介質(zhì)和包含用于引起數(shù)字處理設(shè)備執(zhí)行此方法的程序代碼 裝置的計(jì)算機(jī)程序。
[0002] 發(fā)明背景 基因組和蛋白質(zhì)組分析已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療領(lǐng)域諸如腫瘤學(xué)中的臨床應(yīng)用，并且是 其潛在希望，其中已知多種癌癥與基因組突變/變異和/或特定基因的高或低表達(dá)水平的特 定組合相關(guān)，其在癌癥的生長(zhǎng)和進(jìn)化(例如，細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移）中起作用。
[0003] 例如，篩選乳腺癌樣品中的細(xì)胞膜上的HER2受體的過(guò)表達(dá)目前是經(jīng)執(zhí)行用于鑒定 適用HER2抑制劑諸如曲妥珠單抗(Trastuzumab)的患者的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。ERBB2基因的過(guò)表達(dá) (其導(dǎo)致細(xì)胞膜上的HER2受體的過(guò)表達(dá))存在于約25%至30%的所有乳腺癌中，并且與增加 的疾病復(fù)發(fā)和不良預(yù)后相關(guān)。然而，HER2受體的表達(dá)決不是用于驅(qū)動(dòng)腫瘤生長(zhǎng)的決定性指 標(biāo)，因?yàn)镠ER2受體引發(fā)的信號(hào)傳導(dǎo)可以例如受下游細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑抑制。這也似乎反映 于用曲妥珠單抗治療的HER2陽(yáng)性乳腺癌患者中的26%的初始響應(yīng)率(Charles L. Vogel， 等人，"Efficacy and Safety of Trastuzumab as a Single Agent in First-Line Treatment of HER2-〇verexpressing Metastatic Breast Cancer"，Journal of Clinical Oncology, Vol. 20，No. 3，F(xiàn)ebruary 2002，第719至726頁(yè)）。除此之外，HER2 受體下游的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑也可被HER2受體下游的蛋白的突變/過(guò)表達(dá)活化，導(dǎo)致無(wú)法 通過(guò)測(cè)量HER2表達(dá)水平來(lái)檢測(cè)的相對(duì)侵襲性腫瘤類(lèi)型。因此，期望能夠提高表征具有腫瘤 (例如，乳腺癌）的患者的可能性，所述腫瘤至少部分由HER2受體下游的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑 中存在的作用驅(qū)動(dòng)。
[0004] 發(fā)明概述 本發(fā)明提供了如本文公開(kāi)的新且改進(jìn)的方法和裝置。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的主要方面，以上問(wèn)題通過(guò)使用靶基因表達(dá)的數(shù)學(xué)建模來(lái)推斷PI3K細(xì) 胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性的方法來(lái)解決，即包括以下的方法： -至少基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中測(cè)量的PI3K細(xì)胞信號(hào) 傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的表達(dá)水平推斷所述醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液 中的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性，其中所述推斷包括： -測(cè)定醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中的F0X0轉(zhuǎn)錄因子(TF)元件 的水平，所述F0X0 TF元件控制PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的轉(zhuǎn)錄，所述測(cè) 定至少部分基于評(píng)估將PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的表達(dá)水平與F0X0 TF 元件的水平關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型； -基于所述醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中的FOXO TF元件的測(cè)定 水平推斷所述醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液中的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性， 其中所述推斷通過(guò)使用所述數(shù)學(xué)模型的數(shù)字處理設(shè)備來(lái)執(zhí)行。
[0006] 本發(fā)明基于本發(fā)明人的以下認(rèn)識(shí)：鑒定HER2受體下游的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑(本文 中，PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑）中存在的作用的合適方式可以基于細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的信號(hào) 傳導(dǎo)輸出值的測(cè)量，這是-除其它-轉(zhuǎn)錄因子(TF)(本文中，F(xiàn)OXO TF元件)對(duì)靶基因的轉(zhuǎn) 錄，其由細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑控制。本文靶向的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑不僅與乳腺癌關(guān)聯(lián)，而 且已知在許多類(lèi)型的癌癥中被不當(dāng)活化（Jeffrey A. Engelman, "Targeting PI3K signalling in cancer: opportunities, challenges and limitations"，Nature Reviews Cancer, No. 9，August 2009，第550至562頁(yè)）。它被認(rèn)為由RTK受體家族（其還 包括HER家族)調(diào)節(jié)。隨后，PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑經(jīng)由多個(gè)過(guò)程傳遞其接受的信號(hào)，所述多 個(gè)過(guò)程中的兩個(gè)主要分支是mTOR復(fù)合物的活化和通常被稱(chēng)為F0X0的轉(zhuǎn)錄因子的家族的失 活(參見(jiàn)來(lái)自Jeffrey A. Engelman的上述文章中顯示PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的圖）。本發(fā) 明集中于PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑和F0X0 TF家族，其活性實(shí)質(zhì)上與PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑 的活性負(fù)相關(guān)，即，F(xiàn)0X0的活性實(shí)質(zhì)上與PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的無(wú)活性相關(guān)，而F0X0的無(wú) 活性實(shí)質(zhì)上與PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性相關(guān)。本發(fā)明使得可能通過(guò)以下測(cè)定醫(yī)學(xué)主體 的組織和/或細(xì)胞和/或體液中的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性：（i)測(cè)定醫(yī)學(xué)主體的組織 和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中的F0X0 TF元件的水平，其中所述測(cè)定至少部分基于評(píng) 估將PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的表達(dá)水平(其轉(zhuǎn)錄受F0X0 TF元件控制） 與F0X0 TF元件的水平關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型，和（ii)基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液 的提取樣品中的F0X0 TF元件的測(cè)量水平推斷醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液中的 PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性。這優(yōu)選允許提高表征具有腫瘤(例如，乳腺癌）的患者的可 能性，所述腫瘤至少部分地由失調(diào)的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑驅(qū)動(dòng)，且因此可能響應(yīng)于PI3K 細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的抑制劑。
[0007] 本文中，F(xiàn)0X0轉(zhuǎn)錄因子（TF)元件被定義為含有F0X0 TF家族成員中的至少一個(gè) (即，？(^01、？(^03六、？(^04和?(《06)的蛋白復(fù)合物，其能夠結(jié)合至特定0嫩序列，從而控制靶 基因的轉(zhuǎn)錄。
[0008] 數(shù)學(xué)模型可以是概率模型，優(yōu)選貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型(Bayesian network model)，其 至少部分基于將F0X0 TF元件和醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中測(cè)量的 PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的表達(dá)水平關(guān)聯(lián)的條件概率，或者數(shù)學(xué)模型可 以至少部分基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中測(cè)量的PI3K細(xì)胞信號(hào) 傳導(dǎo)途徑的一種或多種靶基因的表達(dá)水平的一種或多種線性組合。具體而言，PI3K細(xì)胞信 號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性的推斷可以如公開(kāi)的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)W0 2013/011479 A2 ("Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression"）中所公開(kāi)或如公開(kāi)的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)TO 2014/102668 A2 ("Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions"）中所描述進(jìn)行，所述申請(qǐng)的內(nèi)容在此以其整體并入。
[0009] 所述醫(yī)學(xué)主體可以是人或動(dòng)物。此外，醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液可以 來(lái)自源自醫(yī)學(xué)主體的細(xì)胞系和/或組織培養(yǎng)物，且，如果適用，在實(shí)驗(yàn)室中體外培養(yǎng)(例如， 用于再生的目的）。此外，"祀基因"可以是"直接的靶基因"和/或"間接的靶基因"（如本文所 述)。
[0010] 具體合適的靶基因描述于以下文本段落以及下文實(shí)施例中（例如參見(jiàn)表1至3)。
[0011] 因此，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，所述靶基因選自表3中列舉的靶基因。
[0012] 特別優(yōu)選的是一種方法，其中所述推斷包括： -至少基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中測(cè)量的PI3K細(xì)胞信號(hào) 傳導(dǎo)途徑的一種或多種，優(yōu)選至少三種靶基因的表達(dá)水平推斷醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞 和/或體液中的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性，所述靶基因選自：AGRP、BCL2L11、BCL6、 BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、FASLG、FBX032、 GADD45A、INSR、MXI1、N0S3、PCK1、P0MC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、S0D2 和TNFSF10。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的一種方法，其中所述推斷還基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體 液的提取樣品中測(cè)量的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的至少一種靶基因的表達(dá)水平，所述靶基因 選自：ATP8Al、C10orfl0、CBLB、DDBl、DYRK2、ERBB3、EREG、EXTl、FGFR2、IGFlR、IGFBPl、 IGFBP3、LGMN、PPM1D、SEMA3C、SEPP1、SESN1、SLC5A3、SMAD4 和TLE4。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)選的一種方法，其中所述推斷還基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體 液的提取樣品中測(cè)量的PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的至少一種靶基因的表達(dá)水平，所述靶基因 選自：ATG14、BIRC5、IGFBP1、KLF2、KLF4、MY0D1、PDK4、RAG 1、RAG2、SESN1、SI RT1、STK11 和 ΤΧΝΙΡο
[0015] 如果所述推斷還基于選自前述段落中指定的組群的至少一種靶基因的表達(dá)水平 和選自前述段落之前段落中指定的組群的至少一種靶基因的表達(dá)水平兩者，上述關(guān)于兩個(gè) 組群提到的靶基因 IGFBP1和SESN1可以?xún)H包含于所述組群之一中。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種方法(如本文所述），其還包括： -基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液中的ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的推斷活性 確定ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑在醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液中是否異常運(yùn)行。
[0017] 本發(fā)明還涉及一種方法(如本文所述），其還包括： -為醫(yī)學(xué)主體推薦開(kāi)藥，所述藥物校正ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的異常運(yùn)行； 其中只有當(dāng)基于ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的推斷活性確定ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑在醫(yī) 學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液中異常運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行所述推薦。
[0018] 本發(fā)明還涉及一種方法(如本文所述），其中所述推斷包括： -至少基于醫(yī)學(xué)主體的組織和/或細(xì)胞和/或體液的提取樣品中測(cè)量的ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào) 傳導(dǎo)途徑的靶基因組中的兩種、三種或更多種靶基因的表達(dá)水平推斷醫(yī)學(xué)主體的組織和/ 或細(xì)胞和/或體液中的ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性。
[0019] 優(yōu)選地， 所述ΡΙ3Κ細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的靶基因組包括選自以下的至少九種、優(yōu)選所有靶基因： AGRP、BCL2L11、BCL6、BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、 FASLG、FBX032、GADD45A、INSR、MXI1、N0S3、PCK1、P0MC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、S0D2 和 TNFSF10。
[0020]特別優(yōu)選一種方法，其中 所述PI3K細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑的靶基因組還包括選自以下的至少一種靶基因：ATP8A1、 C10orfl0、CBLB、DDBl、DYRK2、ERBB3、EREG、EXTl、FGFR2、IGFlR、IGFBPl、IGFBP3、LGMN、 PPM1D、SEMA3C、SEP